ContaMiner è un web-based, programma open source sviluppato da un team interdisciplinare unico nella King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Arabia Saudita. Questo programma sta già facendo risparmiare tempo ai ricercatori internazionali.

"Quanto puoi capire e riparare un'auto se non hai un quadro dettagliato di cosa sta succedendo sotto il cofano?" ha affermato il professore associato KAUST Stefan Arold. "Le proteine ​​sono i cavalli di battaglia della vita:la loro funzione e disfunzione creano la vita e la interrompono. La sequenza di amminoacidi di ogni proteina si ripiega in una particolare struttura 3D necessaria per supportare la sua funzione. Se vuoi capire, influenzare o ingegnerizzare la funzione di una proteina, devi conoscere la sua struttura 3D, " Lui ha spiegato.

Il processo per determinare tale struttura inizia purificando e cristallizzando la proteina in esame. Il cristallo proteico viene quindi bombardato da raggi X estremamente potenti, che diffrange in varie direzioni, dando un'indicazione della sua struttura. I ricercatori applicano quindi la "sostituzione molecolare, " che confronta il cristallo della proteina bersaglio con la struttura 3-D di altre proteine ​​simili conosciute.

Ma affinché i ricercatori confrontino le loro proteine ​​con altre simili, prima hanno bisogno di sapere come sono disposti i suoi amminoacidi. ContaMiner può aiutare i ricercatori a determinare se stanno anche guardando la proteina giusta per cominciare.

"La proteina che abbiamo cristallizzato potrebbe non essere la proteina che pensavamo fosse ma invece un contaminante sconosciuto, " ha spiegato Arold. I contaminanti a base di proteine ​​possono, più spesso di quanto si pensasse, cristallizzarsi invece di, o in aggiunta a, la proteina oggetto di studio. Questi potrebbero provenire dall'organismo che ha originariamente prodotto la proteina o verificarsi durante il processo di purificazione o cristallizzazione.

"Gli scienziati spesso sprecano mesi di lavoro prima di identificare l'errore e l'identità del contaminante proteico che avevano involontariamente cristallizzato, " disse Aroldo.

Il team di Arold ha lavorato instancabilmente per compilare un database preliminare, chiamato ContaBase, di 62 contaminanti noti. "I contaminanti erano un problema noto ma sottovalutato perché molti casi non sono stati rilevati, " ha detto Arold. Anche nei casi in cui i contaminanti vengono finalmente identificati, queste informazioni spesso non vengono pubblicate poiché l'esperimento è stato considerato un fallimento. Spesso i ricercatori segnalano problemi di contaminazione nei forum online piuttosto che nelle pubblicazioni sottoposte a revisione paritaria. "A causa di ciò, nessuno aveva una buona idea di quanti e quali contaminanti potessero formarsi e cristallizzarsi, " Lui continuò.

ContaMiner cambia questo. Ora, i ricercatori possono inviare i loro dati di diffrazione dei raggi X al programma, che lo confronta con un database aggiornabile di contaminanti noti. "Se è presente un contaminante, ContaMiner può rilevarlo in genere in soli 5-15 minuti, " disse Aroldo.

Diverse centinaia di ricercatori hanno utilizzato il programma da quando è stato descritto per la prima volta alla fine del 2016 nel Journal of Applied Crystallography. Molti della comunità di cristallografia hanno contribuito ad aggiornare ContaBase per includere ora 71 contaminanti. "È uno sforzo continuo della comunità, " ha detto Arold. ContaMiner è stato selezionato anche per essere incluso in un server online, chiamato CCP4, che è una raccolta altamente selettiva di software relativi alla biologia strutturale ed è la risorsa più utilizzata in tutto il mondo, spiegò Arold.

Pur avendo un impatto internazionale, Arold e il suo team svolgono anche un ruolo fondamentale nella comunità scientifica locale grazie alle loro competenze uniche. Il team KAUST combina competenze in biologia molecolare, biochimica, biofisica, bioinformatica e computazione per studiare le strutture e la funzione delle proteine. È l'unico gruppo coinvolto nella biologia strutturale nel regno e, sotto la supervisione del biologo strutturale Stefan Arold, sta inoltre avviando importanti collaborazioni locali.

Attualmente stanno collaborando con i ricercatori del King Fahd Specialist Hospital and Research Center per identificare le mutazioni genetiche che causano malattie nella popolazione saudita. Arold usa la sua esperienza, insieme alla modellazione computazionale, per capire perché specifiche mutazioni causano malfunzionamenti delle proteine. "È intrigante quanto danno possa essere causato da una singola mutazione", ha detto. "Ci dà anche un assaggio dell'inimmaginabile raffinatezza e complessità dei nostri corpi.

Arold e il suo team hanno anche lavorato di recente con lo scienziato vegetale KAUST Mark Tester e un team internazionale diversificato per comprendere le basi molecolari per la produzione di composti tossici, chiamate saponine, in alcuni ma non in tutti i ceppi di quinoa.

"La regione ha bisogno di più biologi strutturali?" chiese Arold. "Secondo la mia opinione di parte, certo che si. In particolare, esperti in spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, che è altamente complementare alla cristallografia a raggi X." Sostiene inoltre che i biologi sviluppino una maggiore consapevolezza dell'importanza della biologia strutturale per la loro ricerca.

"Saggiamente, KAUST ha investito molto nella biologia strutturale; e l'imaging biologico in generale è chiaramente un'area prioritaria. Abbiamo risorse eccezionali, come gli spettrometri di imaging a risonanza magnetica nucleare da 700 e 950 megahertz e il microscopio elettronico TITAN KRIOS.

E anche se attualmente sono l'unico biologo strutturale, Potrei non essere solo ancora per molto, Ha detto Arold. Sono già in corso trattative per portare più talenti nell'istituto.